UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

INFORME Nº7

ESTUDIO DE COMBUSTIBLES

PROFESOR : ING. CHAVEZ

INTEGRANTES:
ARAUJO MARCACUZCO JUNIOR MOISES 20140334C
FLORES GONZALES LEONEL LUIGUI 20142076A
TOLENTINO LOPEZ MIGUEL ANGEL 20130089F
CHAVEZ DURAN MARVIN JORGE 20150204E

SECCION: F
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Estudio de Combustible

ÍNDICE
I. RESUMEN TECNICO ................................................................................................... 3
II. FUNDAMENTO TEORICO .......................................................................................... 4
II.1. COMBUSTIBLES ................................................................................................... 4
II.1.1. TIPOS DE COMBUSTIBLES ....................................................................... 4
II.1.2. CARACTERÍSTICAS DE ALGUNOS COMBUSTIBLES ......................... 7
II.2. PODER CALORIFICO ........................................................................................... 7
II.3. LA BOMBA CALORIMÉTRICA ........................................................................... 8
II.4. BOMBA CALORIMÉTRICA DE EMERSON ...................................................... 8
III. PRECEDIMIENTO ..................................................................................................... 9
IV. DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS ................................................................ 12
V. OBSERVACIONES ..................................................................................................... 16
VI. CONCLUSIONES ..................................................................................................... 17
VII. RECOMENDACIONES ........................................................................................... 18
VIII. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... 19
IX. ANEXOS ................................................................................................................... 20

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I. RESUMEN TECNICO

El presente informe está dirigido al Ing. Chávez Lizama Federico, encargado

de la dirección de esta experiencia. Fue realizada en el Laboratorio Nº5, Facultad
de Ingeniería Mecánica, de la Universidad Nacional de Ingeniería.
En el siguiente informe se realizó el estudio de los combustibles para ello se
usó el vaso de Clavelant y sus accesorios en el cual se usó 1 mg de combustible,
que se colocó en un vaso metálico más grande que se introdujo en la estufa para
calentar y así se pudo determinar la temperatura cuando empieza a centellar y
cuando empieza a quemarse.
Con los datos de temperatura y tiempo y con las respectivas formulas
obtuvimos un poder calorífico PC=10736 Kcal/Kg, lo cual comparando con nuestras
tablas según el Diesel 2 no concuerda este valor de 10860 Kcal/Kg, el porcentaje
de error se aproxima a 1.14%; el funcionamiento del equipo y las condiciones en las
que se lleva la experiencia influyen en estas mediciones-
Para la experiencia de Punto de inflamación hallar este es difícil, por la
cercanía del punto de inflamación y del punto de combustión.
De la gráfica se puede observar que la temperatura máxima alcanzada fue
de 33.6°C. El error obtenido en la determinación del punto de inflamación del DISEL
2, en el laboratorio fue de 3.7 % con referencia a la ficha internacional de seguridad
química (ver anexo), que establece 52ºC como el punto de inflamación del DISEL 2
y en lo determinado en el laboratorio fue de 54ºC.
Por lo tanto, se concluye experimentalmente que el punto de inflamación del
DISEL 2 varía según las condiciones dadas en la experiencia de este, como el
personal calificado y los instrumentos de trabajo.

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II. FUNDAMENTO TEORICO

II.1. COMBUSTIBLES
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Se define al combustible como toda aquella sustancia que al oxidarse con un

comburente desarrolla un gran calor.

II.1.1. TIPOS DE COMBUSTIBLES

Existen tres tipos de combustibles: sólidos, líquidos y gaseosos.

II.1.1.1. COMBUSTIBLES SOLIDOS

Aquí tenemos la leña, carbones naturales o artificiales, bagazo, etc.

El carbón es el más representativo de esta agrupación.
El carbón mineral es un combustible sólido negro o negropardusco, compuesto
esencialmente de carbono, hidrógeno, oxígeno y pequeñas cantidades de nitrógeno y
azufre.

Clasificación de los carbones minerales por categorías (ASTM):

1. ANTRACITA: Tenemos la metaantracita, antracita y semiantracita.

2. BITUMINOSO: Estos se clasifican según su volatilidad: baja, media y alta.
3. SUBBITUMINOSO: Se diferencian de los primeros en que presentan mayor
humedad y se desintegran al exponerse al aire.
4. LIGNITICO.

II.1.1.2. COMBUSTIBLES LÍQUIDOS

Los más usados son el petróleo y sus derivados, tales como la gasolina, el keroseno,
el petróleo diesel, aeronafta, etc.; también tenemos los alcoholes, tanto de cereales,
de madera y de caña.

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II.1.1.3. PETRÓLEO

Los petróleos crudos son mezclas muy complejas, que consiste sobre todo en
hidrocarburos y en compuestos que contienen azufre, nitrógeno, oxígeno y trazas de
metales, como constituyentes menores. Las características físicas y químicas de los
petróleos crudos varían mucho, según los porcentajes de sus diversos compuestos.
Las densidades específicas cubren un intervalo amplio, pero la mayoría se encuentran
entre 0.80 y 0.97 g/ml , o la gravedad tiene valores comprendidos entre 45 y 13 grados
API.

También hay una gran variedad de viscosidades, pero para la mayor parte de los
crudos se encuentra entre 2.3 y 23 centistokes. La composición última señala un
contenido de 84 a 86% de carbono, 10 a 14% de hidrógeno y pequeños porcentajes
de azufre, nitrógeno y oxígeno.

II.1.1.4. REFINADO DEL PETRÓLEO CRUDO

Los petróleos crudos se usan raras veces como combustible, porque son más valiosos
cuando se refinan para formar otros productos. El primer proceso de refinado es
ordinariamente una destilación simple, que separa el petróleo crudo en fracciones que
corresponden, aproximadamente en punto de ebullición a la gasolina, keroseno, el
aceite de gas, el aceite lubricante y los residuos. La desintegración catalítica o térmica
("cracking") se emplea para convertir keroseno,aceite de gas ("gas oil") o residuos de
petróleo en gasolinas, fracciones de punto de ebullición más bajo y coque residual. El
reformado catalítico, la isomerización, alquilación, polimerización, hidrogenación y las
combinaciones de estos procesos catalíticos se emplean para transformar los
productos intermedios de refinación en gasolinas o destilados mejorados.

II.1.1.5. KEROSENE

Es menos volátil que la gasolina y tiene un punto de flasheo más alto, para
proporcionar mayor seguridad en su manejo. Otras pruebas de calidad son: densidad
específica, color, olor, intervalo de destilación, contenido de azufre y calidad de
combustión. La mayor parte del queroseno se emplea para calefacción en hornillos de
estufas e iluminación; se trata con ácido sulfúrico, para reducir el contenido de
aromáticos, que se queman con flama que produce humo.

II.1.1.6. COMBUSTIBLE DIESEL

Los motores diesel van desde los pequeños, de alta velocidad, utilizados en los
camiones y autobuses, hasta los grandes, motores estacionarios de baja velocidad,
utilizados en las plantas de potencia; en consecuencia se requieren diversos grados
de combustibles diesel.

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Los grados ASTM de combustibles adecuados para diferentes clases de servicio son:

Grado 1-D: Aceite combustible destilado, volátil, para motores cuyo servicio requiera
cambios frecuentes de velocidad y de carga.

Grado 2-D: Aceite combustible destilado, de baja volatibilidad, para motores en

servicio industrial o servicio móvil pesado.

Grado 4-D: Aceite combustible para motores de velocidad baja y media.

Los análisis anuales de combustibles proporcionan una guía adicional para

seleccionar los combustibles, agrupándolos de acuerdo con los siguientes tipos de
servicio:
Tipo C-B: Aceites combustibles diesel para autobuses urbanos y operaciones
similares.

Tipo T-T: Combustibles para motores diesel de camiones, tractores y servicios

similares.

Tipo R-R: Combustibles para motores diesel de ferrocarriles.

Tipo S-M: Destilado pesado y aceites residuales para grandes motores diesel
estacionarios y motores marinos.

Las características de combustión de los motores diesel se expresan en términos del

número de cetano , medida del retraso de ignición.

En la norma ASTM se especifican cuatro grados de combustibles de turbina de gas

de acuerdo con su empleo en diferentes clases de motores y según los diversos tipos
de servicio. Se describen como sigue:

Grado 1-GT. Destilado volátil para turbinas de gas que requieren un combustible que
se queme en forma más clara que el de grado 2-GT.

Grado 2-GT. Un combustible destilado de baja formación de ceniza de volatibilidad

media, deseable en turbinas que no necesitan del grado 1-GT.

Grado 3-GT. Combustible poco volátil, contiene componentes residuales y mayor

cantidad de vanadio que el grado 3-GT.

II.1.1.7. COMBUSTIBLES GASEOSOS

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Combustibles que se encuentran en estado natural o artificial en forma de gas; algunos

provienen de la extracción natural, tal como el gas natural, cuyo proceso de
refinamiento dá una serie de diferentes tipos; en cuanto al más usado especialmente
el de tipo doméstico es el propano.

II.1.2. CARACTERÍSTICAS DE ALGUNOS COMBUSTIBLES

II.1.2.1. PETRÓLEO DIESEL

C = 83-87%
H = 11-16%
O+C = 0-7%
S = 0-4%

GAS-CARBÓN
CO2 = 8%
CO = 22%
H2 = 17%
CH4 = 2%
N2 = 51%

II.2. PODER CALORIFICO

Es la máxima cantidad de calor que puede transferirse de los productos de la
combustión completa, cuando estos son enfriados desde la temperatura de la llama
adiabática hasta la temperatura inicial de la mezcla aire combustible. Se expresa por
unidad de masa de combustible.
Su valor dependerá de la cantidad de vapor de agua condensado y de acuerdo al
proceso de combustión (a presión constante o a volumen constante).
Poder calorífico alto: Es el que se obtiene cuando el vapor de agua formado durante
la combustión condensa totalmente, al enfriar los productos hasta la temperatura de
los reactantes.
Poder calorífico bajo: Es el que se obtiene cuando el vapor de agua no condensa, al
enfriar los productos hasta la temperatura de los reactantes.
Se puede demostrar que:

PCA - PCI = CALOR LATENTE (del vapor de agua)

Poder calorífico a volumen constante: Se determina en un proceso de combustión

avolumen constante. Para el efecto se realiza un ensayo en la bomba calorímetrica.
este método es utilizado para combustibles líquidos y sólidos.
Estos pueden determinarse analíticamente mediante la sgte. relación:

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PC(V=cte) = Up - Ur

Up: Energía interna de los productos.

Ur: Energía interna de los reactantes.

O también puede calcularse en productos exentos de impurezas, por la fórmula:

PC(V=cte) = 22320 - 3780 d2

PC: poder calorífico a volumen constante en Btu/lb

d: densidad específica a 60/60oF

Poder calorífico a presión constante: Se determina en un proceso de combustión a

presión constante en un sistema o en un proceso de flujo y estado estables. El ensayo
se realiza en un calorímetro para gas del tipo de flujo continuo.
Analíticamente se puede calcular mediante la sgte. ecuación:

PC(P=cte) = Hp - Hr

Hp: Entalpía de los productos.

Hr: Entalpía de los reactantes.

O por la ecuación:

PC(P=cte) = PC(V=cte) - 90.8 H

En donde H es el porcentaje, en peso, de hidrógeno que se obtiene por:

H = 26 - 15 d

II.3. LA BOMBA CALORIMÉTRICA

Se utiliza para determinar el valor calorífico de un combustible cuando se le quema

a volumen constante. Hay varios tipos de bombas calorimétricas, tales como
Atwater, Davis, Emerson, Mabler, Parr, Peters, y Williams.

II.4. BOMBA CALORIMÉTRICA DE EMERSON

Es un calorímetro no adiabático. El combustible cuyo valor calorífico se desea

determinar, se coloca en un crisol, donde se introduce una bobina de alambre fino.
La bomba se carga con oxígeno a presión. Cuando pasa una corriente eléctrica por
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el alambre, el combustible se enciende. La bomba está rodeada por una camisa de

agua a fin de absorber el calor desarrollado por la combustión. La bomba tiene
también una camisa exterior y un espacio de aire alrededor del recipiente o camisa
de agua central para minimizar las pérdidas de calor al ambiente.

III. PROCEDIMIENTO

 Limpiar cuidadosamente todas las partes del Vaso de Clavelant y sus

accesorios.
 Pesar el recipiente que va a almacenar el combustible en una balanza.

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Figura Nº1.-

 Mediante un gotero o una jeringa, agregar 1 gr del combustible a utilizar en el

recipiente.

Figura Nº2.-
 Introducir el crisol con combustible a la tapa del vaso y girar el alambre de
micrón hacia el interior del recipiente (tiene que sumergirse en el combustible)
y hacer las pruebas de conectividad con una fuente.

 Cerrar bien el vaso y agregar presión (5 psi) en su interior.

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Figura Nº3.-

 Colocar el vaso en un vaso metálico más. Luego, introducirlos en la estufa y

hacer pasar la corriente a través del alambre para generar la combustión.

Figura Nº4

 Finalmente, con un termómetro medimos la temperatura cuando empieza a

centellear

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IV. DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS

Para la determinación del poder calorimétrico:

Aumento de temperatura
t (s) T (ºC)
30 22.6
60 25.6
90 30.8
120 32.8
150 33.2
180 33.6
210 33.6
Tabla Nº1.- Tabla de datos obtenidas en el laboratorio de ingeniería mecánica por
los alumnos del curso de laboratorio de ingeniería mecánica 1, a condiciones
estándar
Disminución de temperatura:

t (s) T (ºC)
270 33.4
330 32.8
390 32.2
450 31.8
510 31.2
570 30.8
630 30.2
690 30
750 29.4
810 29.2
870 28.8
930 28.4
990 28.2
1050 28
1110 27.8
1170 27.6
1230 27.2
1290 27

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Tabla Nº2.- Tabla de datos obtenidas en el laboratorio de ingeniería mecánica por

los alumnos del curso de laboratorio de ingeniería mecánica 1, a condiciones
estándar

Sabemos:

T´ K
Pc =
Vc ´ r c

Donde:

K = 2440 cal /º C
Vc = volumen del combustible (cm3 )
r c = densidad del combustible ( gr / cm3 )

Así mismo:

T = (Tmax - Te + P2 - P1 ) º C

Donde:

Tmax = temperatura maima alcanzada

Te = temperatura en el instante de encendido
R1
P1 = ´ t1
2
R
P2 = 2 ´ t2
2

P1 y P2; factores correctores.

R1 y R2; regímenes de aumento y disminución de temperatura.
t1; tiempo transcurrido desde el momento de encendido hasta alcanzar la
temperatura ambiente.
t2; tiempo transcurrido desde Tmax hasta TAmb

De los datos obtenidos:

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Vc ´ r c = mc = 1 gr
Tmax = 33.6 º C
Te = 22.6 º C
R1 = 1.8
R2 = 1.3
t1 = 1290 s
t2 = 1080 s
Reemplazando en la fórmula:

PC=10736 Kcal/Kgr

Grafica Temperatura vs Tiempo:

Figura Nº5.- grafica temperatura vs tiempo

Grafico realizado por los alumnos del grupo F; de la Facultad de Ingeniería Mecánica, de la UNI, en el Lab
Nº5. Condiciones ambientales: Presión 1017.4hPa, T=19ºC. Supervisión Ing. Chávez Lizama

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Para la determinación del punto de inflación del combustible DISEL 2:

T (°C)
0 22
1 22.7
2 24
3 27
4 30
5 32
6 36
7 40
8 44
9 47.5
10 54
11 56.5
12 58
13 65
14 69.5
15 73
16 74.5
17 79
18 80
Tabla Nº3.-

Temperatura(ºC)
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 5 10 15 20
Grafico realizado por los alumnos del grupo F; de la Facultad de Ingeniería Mecánica, de la UNI, en el Lab
Nº5. Condiciones ambientales: Presión 1017.4hPa, T=19ºC. Supervisión Ing. Chávez Lizama

Figura Nº6.-

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V. OBSERVACIONES

 Para el cálculo de las temperaturas de inflamación y combustión en el

aparato de PENSKY-MARTEN se tuvo problemas con el cálculo de esta ya
que a medida que aumentaba la temperatura, incluso superando el punto de
inflamación no se pudo observar ningún cambio en el combustible.
 En la bomba calorimétrica se observó que había fugas de oxígeno, ya que el
jebe de la bomba que bordea la circunferencia estaba desgasta, lo cual
perjudicaría nuestra experiencia.
 También se pudo observar que para el montaje del equipo para experiencia,
se consideró que el oxígeno debe de estar a una presión estándar
determinada alrededor de 30 atmosferas, una vez acabado el montaje de la
bomba calorimétrica, se le suministro una fuente de corriente, pero al tomar
las medidas de tiempo vs variación de temperatura hubo que esperar un largo
tiempo para anotar los ligeros cambios en un intervalo de 30 segundos.

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VI. CONCLUSIONES

 El poder calorífico que se determino fue de 10736 cal/gr , lo cual comparando

con nuestras tablas según el Diesel 2 no concuerda este valor de 10860
cal/gr , el porcentaje de error se aproxima a 1.14%, interpretando estos datos
es que puede que debido a las impurezas del aceite , el funcionamiento del
equipo y las condiciones en las que se lleva la experiencia influyeron en la
aproximación .
 De la gráfica se puede observar que la temperatura máxima alcanzada fue
de 33.6°C.
 El régimen de aumento de la temperatura por minuto antes del encendido es
de 1.8 hasta que se alcanzó la temperatura máxima.
 El régimen de disminución de la temperatura es de 2.13 hasta alcanzar la
temperatura máxima.
 El tiempo que transcurrió desde el momento de encendido hasta alcanzar la
temperatura ambiente fue de 1290 s.
 El tiempo de descenso desde la T max hasta la temperatura de ambiente fue
de 1080 s para luego pasar a un estado estacionario según la gráfica una
temperatura constante.

 La bomba calorimétrica de Emerson es uno de los métodos más usados para

hallar el calor especifico del combustible analizado
 Se observa experimentalmente que la temperatura de combustión es poco
mayor a la temperatura de inflamación
 El error obtenido en la determinación del punto de inflamación del DISEL 2,
en el laboratorio fue de 3.7 % con referencia a la ficha internacional de
seguridad química (ver anexo), que establece 52ºC como el punto de
inflamación del DISEL 2 y en lo determinado en el laboratorio fue de 54ºC.
Por lo tanto, Se concluye experimentalmente que el punto de inflamación del
DISEL 2 varia según las condiciones dadas en la experiencia de este, como
el personal calificado y los instrumentos de trabajo.

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VII. RECOMENDACIONES

 Se recomienda comprobar que exista suficiente tensión que se alimenta para

estar seguros de genere una chispa.
 Se debe colocar adecuadamente el termómetro para tener una visión
completa, y no caer en errores de medición.
 El recipiente interior debe tener 1900 gr de agua a temperatura menor en
10ºC a la temperatura externa.
 El filamento incandescente debe tocar el combustible pero no el crisol.

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VIII. BIBLIOGRAFIA

 MANUAL DE LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA I.

 Potter Merle, MECÁNICA DE FLUIDOS, Segunda Edición, México, Editorial Prentice
Hall Hispanoamericana, 1998.
 Cengel, Y. y Boles, M. Termodinámica. McGraw-Hill. Séptima edición, México, 2012.

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IX. ANEXOS

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